为了对半潜式风机水平向和竖向的振动进行控制,提出了多向多点位调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)的布设方式,即在机舱内布置H-TMD,平台内布置V-TMD。为研究这种TMD布设方式的减振效果,建立了半潜式风机-多向多点位TMD全耦合数值...为了对半潜式风机水平向和竖向的振动进行控制,提出了多向多点位调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)的布设方式,即在机舱内布置H-TMD,平台内布置V-TMD。为研究这种TMD布设方式的减振效果,建立了半潜式风机-多向多点位TMD全耦合数值模型,利用OpenFAST仿真分析风浪联合作用下半潜式风机的动力响应。结果表明:布置多向多点位TMD的减振效果要比单点位TMD的减振效果要好,且在机舱内布置低频H-TMD,平台内布置V-TMD为最优布置方案,能够使半潜式风机纵摇、横摇、垂荡、塔架纵向振动的平均标准差控制率分别达到13.97%、32.85%、15.21%、2.86%。展开更多
高墩大跨连续刚构桥因主墩与上部结构固结,其减震控制设计存在一定的局限性,且主梁因地震作用会存在截面开裂及预应力束应力损失等现象。惯容系统是近年发展的结构减震控制新方式,特别是将惯容器与传统调谐质量阻尼器(tuned mass damper...高墩大跨连续刚构桥因主墩与上部结构固结,其减震控制设计存在一定的局限性,且主梁因地震作用会存在截面开裂及预应力束应力损失等现象。惯容系统是近年发展的结构减震控制新方式,特别是将惯容器与传统调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)结合,形成的调谐质量惯容阻尼器(tuned mass-damper-inerter,TMDI)。文中以某高墩大跨连续刚构桥为例,考虑施工过程结合Midas Civil与OpenSees软件建立非线性地震反应分析模型,以10条近断层脉冲波为输入,研究了分布式设置(多个)TMDI对其地震反应的控制效果。研究结果表明:地震动沿纵桥向输入时,TMDI可有效避免主梁顶板、底板开裂,但主梁腹板受力略有增大;沿横桥向输入时,TMDI则会明显降低主跨腹板受力;当地震动双向水平输入时,TMDI无论对主梁顶板、底板,还是主跨腹板的应力都有很好的减轻作用。在桥墩反应方面,墩顶最大位移平均减震率为52%(纵桥向)和21%(横桥向),纵桥向最大弯矩减震率是31%,在横桥向TMDI虽然会放大约10%的墩底弯矩,但它可控制桥墩的(弹塑性)残余位移反应。展开更多
为研究多重调谐质量阻尼器(Multiple Tuned Mass Damper,MTMD)抑制桥梁单阶涡振的性能,建立桥梁结构-MTMD系统竖弯涡振广义单自由度动力方程,以某大跨度悬索桥为背景进行MTMD减振控制效果和参数优化分析。采用数值方法求解动力方程,获...为研究多重调谐质量阻尼器(Multiple Tuned Mass Damper,MTMD)抑制桥梁单阶涡振的性能,建立桥梁结构-MTMD系统竖弯涡振广义单自由度动力方程,以某大跨度悬索桥为背景进行MTMD减振控制效果和参数优化分析。采用数值方法求解动力方程,获得系统在简谐涡激力下达到稳态谐振时结构的动力放大系数和MTMD对结构的附加模态阻尼比,并与单一频率调谐质量阻尼器(Single Tuned Mass Damper,STMD)的减振控制效果进行对比,然后以附加模态阻尼比为目标对MTMD进行参数优化。结果表明:MTMD比最优参数STMD拥有更宽的控制频带和更好的减振效果,经优化后的MTMD减振性能优于最优参数STMD。实际应用MTMD时,应选择较大广义质量、5~7种频率规格,并根据二者找到无量纲频率范围和各TMD阻尼比的惟一最优取值。展开更多
为研究调谐质量阻尼器(tuned mass damper,简称TMD)在控制轨道箱梁结构振动中的应用,以高速动车组和CRTS-Ⅱ型板式无砟轨道-箱梁结构为原型,设计制作了几何相似比为10∶1的车-轨-桥耦合振动缩尺模型系统,分析了TMD在不同质量比、不同位...为研究调谐质量阻尼器(tuned mass damper,简称TMD)在控制轨道箱梁结构振动中的应用,以高速动车组和CRTS-Ⅱ型板式无砟轨道-箱梁结构为原型,设计制作了几何相似比为10∶1的车-轨-桥耦合振动缩尺模型系统,分析了TMD在不同质量比、不同位置以及不同安装数量等工况下对箱梁顶板和翼板的减振效果。结果表明:TMD质量比为0.02时减振效果优于质量比为0.01时的减振效果,在考虑结构安全及经济性的条件下,可优先选择质量比更大的TMD;不同TMD安装位置对箱梁各部件的减振效果不同,安装TMD的板件处振动响应得到了明显抑制;安装2个TMD对箱梁结构的减振效果优于安装1个TMD,其减振范围也有所提升。研究结论可为高架轨道箱梁结构的减振设计提供参考。展开更多
大型化工管道受管内流体流动、边界约束、振源激励等复杂因素影响,服役期间往往会发生振动,其振动频率相较于土木结构较高,且可能存在多个主要频率成分.若采用单一频率的调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD),难以达到理想的控制效果...大型化工管道受管内流体流动、边界约束、振源激励等复杂因素影响,服役期间往往会发生振动,其振动频率相较于土木结构较高,且可能存在多个主要频率成分.若采用单一频率的调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD),难以达到理想的控制效果,而采用多重调谐质量阻尼器(Multiple Tuned Mass Damper,MTMD)时,受现场条件限制,又存在无法确定最优安装位置等问题.本文开展了基于MTMD的管道倍频响应减振研究.首先,开展了某化工企业丙烷脱氢装置的大型管道现场实测研究,发现管道振动频率存在明显的倍数关系,即倍频现象.其次,建立局部管道有限元模型,分析管道动力特性,提出了基于数值搜索法的MTMD参数设计方法.最后,考虑化工管道现场安装条件的限制,研究了MTMD安装位置对管道减振效果的影响.数值研究结果表明,安装MTMD可有效减小管道振动响应.展开更多
为研究桥梁抗风型调谐质量阻尼器(tuned mass damper, TMD)对车辆荷载引起结构振动的减振效果,并揭示车载作用下的TMD激振机理,提出了基于模态动能演化的多自由度结构TMD控制方法,确定了安装TMD的最优设计参数和布设位置;考虑桥梁有限...为研究桥梁抗风型调谐质量阻尼器(tuned mass damper, TMD)对车辆荷载引起结构振动的减振效果,并揭示车载作用下的TMD激振机理,提出了基于模态动能演化的多自由度结构TMD控制方法,确定了安装TMD的最优设计参数和布设位置;考虑桥梁有限元模型动力求解的通用性,基于桥梁三维动力分析系统BDANS软件建立了车-桥-TMD动力耦合分析系统;以经典单自由度移动弹簧质量过简支梁模型为研究对象,分析了车-桥-TMD系统振动特性,结合某深水区非通航桥梁抗风型TMD工程实例分析了TMD对车致振动的减振效果和机理。研究结果表明:TMD行程幅值与减振效果呈现正相关特点,即行程幅值越大对车-桥动力效应引起的振动减振效果越好;安装TMD可以显著提高结构的等效阻尼比,满足等效阻尼比>1%的工程需求,提高桥梁结构振动的稳定性;TMD在一定条件下可以减小车辆通过时引发桥梁竖向位移冲击效应,最大可减少3%左右;TMD对车-桥2个子系统的加速度瞬态峰值均起到了一定的抑制效果,尤其对桥梁结构竖向振动加速度作用效果明显,安装TMD后的桥梁跨中竖向振动加速度RMS值减少约20%;对大跨钢箱桥梁而言,相比较小的车辆荷载冲击效应,一阶竖弯呈邻跨反对称特性的桥梁结构在车辆通行过程中更容易激起TMD,使桥梁结构获得更佳的减振效果。展开更多
针对调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)系统应用于轻型结构时易失调从而导致减振效果下降的问题,提出了一种新型形状记忆合金半主动TMD系统。该系统利用钢索悬吊质量块并承担其全部重量,使用有效截面为矩形的大尺寸镍钛形状记忆合...针对调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)系统应用于轻型结构时易失调从而导致减振效果下降的问题,提出了一种新型形状记忆合金半主动TMD系统。该系统利用钢索悬吊质量块并承担其全部重量,使用有效截面为矩形的大尺寸镍钛形状记忆合金棒材,提供TMD系统水平面2个方向不同的抗弯刚度。为了研究该系统的半主动性能,进行了足尺形状记忆合金半主动TMD系统的自由振动试验,通过改变形状记忆合金的工作温度,研究了温度变化对TMD系统频率及阻尼比的影响。研究结果表明,控制形状记忆合金工作温度从-40~+80℃,TMD系统的频率随温度升高呈现升高趋势,而阻尼比随温度升高呈现下降趋势。将该新型形状记忆合金半主动TMD系统应用于受控结构中,一旦TMD失调,可以通过改变形状记忆合金的温度使其重新调谐。因此,设计的新型形状记忆合金TMD系统在轻型结构减振研究中具有一定的工程应用价值和前景。展开更多
为了解决传统式调谐质量阻尼器(tuned mass damper, TMD)在控制低频桥梁结构中弹簧静伸长过长的问题,介绍了滑轮式TMD及其用于结构振动控制时的特点,指出滑轮式TMD可以有效减小弹簧静伸长量。以一座人行景观桥为例,研究了采用气动措施...为了解决传统式调谐质量阻尼器(tuned mass damper, TMD)在控制低频桥梁结构中弹簧静伸长过长的问题,介绍了滑轮式TMD及其用于结构振动控制时的特点,指出滑轮式TMD可以有效减小弹簧静伸长量。以一座人行景观桥为例,研究了采用气动措施和滑轮式TMD对该桥的涡振控制效果。风洞试验结果显示,在最优气动措施下,主梁的涡振振幅减少了一半以上,但仍未达到行人舒适性要求。基于Scanlan线性涡激力模型进行滑轮式TMD的优化设计,在气动措施的基础上进一步辅以滑轮式TMD进行涡振控制。分析结果表明,气动措施结合滑轮式TMD进行涡振控制能够满足行人舒适性要求,并确保滑轮式TMD质量块的工作行程不超过限值。通过同时采用气动措施和滑轮式TMD,可以满足主梁涡振限值、TMD弹簧静伸长量和工作行程等多重要求,从而有效控制主梁的涡振现象。本文提出的混合控制方案为类似工程中的涡振控制提供了有益参考,可为工程实践提供指导。展开更多
研究了板式电涡流阻尼单元(planar eddy current damper,PECD)的阻尼特性随平面振动方向的变化规律。首先,推导了PECD发生相对平移运动时电涡流阻尼力的理论计算公式,发现PECD相对平移运动产生的电涡流阻尼力并不一定与速度方向完全相反...研究了板式电涡流阻尼单元(planar eddy current damper,PECD)的阻尼特性随平面振动方向的变化规律。首先,推导了PECD发生相对平移运动时电涡流阻尼力的理论计算公式,发现PECD相对平移运动产生的电涡流阻尼力并不一定与速度方向完全相反,其在平面直角坐标系上的2个分量可由一个2×2的平面阻尼系数矩阵与相对速度向量的乘积唯一确定。其次,分别选取4种典型永磁阵列的PECD,采用电磁有限元方法计算了它们的平面阻尼系数矩阵和阻尼力随速度方向的变化,验证了上述阻尼力理论计算公式的正确性,并提出了PECD的等效阻尼系数概念。然后,针对等效阻尼系数各向同性的PECD,在保证永磁体高度和投影面积不变的条件下,分析了其阻尼系数随永磁体数量和永磁体行、列间距的变化规律。最后,开展了阻尼系数各向同性PECD的阻尼系数测试试验,进一步验证了理论分析和有限元仿真的正确性。展开更多
大型同步调相机配套管道异常振动问题,不仅会降低管道的使用寿命,还会影响调相机润滑油和冷却液的供应,严重时甚至会造成重大安全事故,危害电力系统的稳定性。以某特高压换流站的同步调相机润滑油供油管道为研究对象,使用现场测量、流...大型同步调相机配套管道异常振动问题,不仅会降低管道的使用寿命,还会影响调相机润滑油和冷却液的供应,严重时甚至会造成重大安全事故,危害电力系统的稳定性。以某特高压换流站的同步调相机润滑油供油管道为研究对象,使用现场测量、流固耦合和谐响应分析等多种方法,研究了管道振动的产生原因和机制。结果表明,由调相机本身产生的周期性激振力是管道振动的主要原因。进一步提出基于调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)的管道减振措施,试验和仿真数据表明,在润滑油供油管道系统4和5、6和7支吊架中间位置各安装一个TMD,减振效果最佳,可将该管系的振动加速度降低90%以上,具有良好的减振效果。展开更多
文摘为了对半潜式风机水平向和竖向的振动进行控制,提出了多向多点位调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)的布设方式,即在机舱内布置H-TMD,平台内布置V-TMD。为研究这种TMD布设方式的减振效果,建立了半潜式风机-多向多点位TMD全耦合数值模型,利用OpenFAST仿真分析风浪联合作用下半潜式风机的动力响应。结果表明:布置多向多点位TMD的减振效果要比单点位TMD的减振效果要好,且在机舱内布置低频H-TMD,平台内布置V-TMD为最优布置方案,能够使半潜式风机纵摇、横摇、垂荡、塔架纵向振动的平均标准差控制率分别达到13.97%、32.85%、15.21%、2.86%。
文摘高墩大跨连续刚构桥因主墩与上部结构固结,其减震控制设计存在一定的局限性,且主梁因地震作用会存在截面开裂及预应力束应力损失等现象。惯容系统是近年发展的结构减震控制新方式,特别是将惯容器与传统调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)结合,形成的调谐质量惯容阻尼器(tuned mass-damper-inerter,TMDI)。文中以某高墩大跨连续刚构桥为例,考虑施工过程结合Midas Civil与OpenSees软件建立非线性地震反应分析模型,以10条近断层脉冲波为输入,研究了分布式设置(多个)TMDI对其地震反应的控制效果。研究结果表明:地震动沿纵桥向输入时,TMDI可有效避免主梁顶板、底板开裂,但主梁腹板受力略有增大;沿横桥向输入时,TMDI则会明显降低主跨腹板受力;当地震动双向水平输入时,TMDI无论对主梁顶板、底板,还是主跨腹板的应力都有很好的减轻作用。在桥墩反应方面,墩顶最大位移平均减震率为52%(纵桥向)和21%(横桥向),纵桥向最大弯矩减震率是31%,在横桥向TMDI虽然会放大约10%的墩底弯矩,但它可控制桥墩的(弹塑性)残余位移反应。
文摘为研究多重调谐质量阻尼器(Multiple Tuned Mass Damper,MTMD)抑制桥梁单阶涡振的性能,建立桥梁结构-MTMD系统竖弯涡振广义单自由度动力方程,以某大跨度悬索桥为背景进行MTMD减振控制效果和参数优化分析。采用数值方法求解动力方程,获得系统在简谐涡激力下达到稳态谐振时结构的动力放大系数和MTMD对结构的附加模态阻尼比,并与单一频率调谐质量阻尼器(Single Tuned Mass Damper,STMD)的减振控制效果进行对比,然后以附加模态阻尼比为目标对MTMD进行参数优化。结果表明:MTMD比最优参数STMD拥有更宽的控制频带和更好的减振效果,经优化后的MTMD减振性能优于最优参数STMD。实际应用MTMD时,应选择较大广义质量、5~7种频率规格,并根据二者找到无量纲频率范围和各TMD阻尼比的惟一最优取值。
文摘为研究调谐质量阻尼器(tuned mass damper,简称TMD)在控制轨道箱梁结构振动中的应用,以高速动车组和CRTS-Ⅱ型板式无砟轨道-箱梁结构为原型,设计制作了几何相似比为10∶1的车-轨-桥耦合振动缩尺模型系统,分析了TMD在不同质量比、不同位置以及不同安装数量等工况下对箱梁顶板和翼板的减振效果。结果表明:TMD质量比为0.02时减振效果优于质量比为0.01时的减振效果,在考虑结构安全及经济性的条件下,可优先选择质量比更大的TMD;不同TMD安装位置对箱梁各部件的减振效果不同,安装TMD的板件处振动响应得到了明显抑制;安装2个TMD对箱梁结构的减振效果优于安装1个TMD,其减振范围也有所提升。研究结论可为高架轨道箱梁结构的减振设计提供参考。
文摘大型化工管道受管内流体流动、边界约束、振源激励等复杂因素影响,服役期间往往会发生振动,其振动频率相较于土木结构较高,且可能存在多个主要频率成分.若采用单一频率的调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD),难以达到理想的控制效果,而采用多重调谐质量阻尼器(Multiple Tuned Mass Damper,MTMD)时,受现场条件限制,又存在无法确定最优安装位置等问题.本文开展了基于MTMD的管道倍频响应减振研究.首先,开展了某化工企业丙烷脱氢装置的大型管道现场实测研究,发现管道振动频率存在明显的倍数关系,即倍频现象.其次,建立局部管道有限元模型,分析管道动力特性,提出了基于数值搜索法的MTMD参数设计方法.最后,考虑化工管道现场安装条件的限制,研究了MTMD安装位置对管道减振效果的影响.数值研究结果表明,安装MTMD可有效减小管道振动响应.
文摘为研究桥梁抗风型调谐质量阻尼器(tuned mass damper, TMD)对车辆荷载引起结构振动的减振效果,并揭示车载作用下的TMD激振机理,提出了基于模态动能演化的多自由度结构TMD控制方法,确定了安装TMD的最优设计参数和布设位置;考虑桥梁有限元模型动力求解的通用性,基于桥梁三维动力分析系统BDANS软件建立了车-桥-TMD动力耦合分析系统;以经典单自由度移动弹簧质量过简支梁模型为研究对象,分析了车-桥-TMD系统振动特性,结合某深水区非通航桥梁抗风型TMD工程实例分析了TMD对车致振动的减振效果和机理。研究结果表明:TMD行程幅值与减振效果呈现正相关特点,即行程幅值越大对车-桥动力效应引起的振动减振效果越好;安装TMD可以显著提高结构的等效阻尼比,满足等效阻尼比>1%的工程需求,提高桥梁结构振动的稳定性;TMD在一定条件下可以减小车辆通过时引发桥梁竖向位移冲击效应,最大可减少3%左右;TMD对车-桥2个子系统的加速度瞬态峰值均起到了一定的抑制效果,尤其对桥梁结构竖向振动加速度作用效果明显,安装TMD后的桥梁跨中竖向振动加速度RMS值减少约20%;对大跨钢箱桥梁而言,相比较小的车辆荷载冲击效应,一阶竖弯呈邻跨反对称特性的桥梁结构在车辆通行过程中更容易激起TMD,使桥梁结构获得更佳的减振效果。
文摘针对调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)系统应用于轻型结构时易失调从而导致减振效果下降的问题,提出了一种新型形状记忆合金半主动TMD系统。该系统利用钢索悬吊质量块并承担其全部重量,使用有效截面为矩形的大尺寸镍钛形状记忆合金棒材,提供TMD系统水平面2个方向不同的抗弯刚度。为了研究该系统的半主动性能,进行了足尺形状记忆合金半主动TMD系统的自由振动试验,通过改变形状记忆合金的工作温度,研究了温度变化对TMD系统频率及阻尼比的影响。研究结果表明,控制形状记忆合金工作温度从-40~+80℃,TMD系统的频率随温度升高呈现升高趋势,而阻尼比随温度升高呈现下降趋势。将该新型形状记忆合金半主动TMD系统应用于受控结构中,一旦TMD失调,可以通过改变形状记忆合金的温度使其重新调谐。因此,设计的新型形状记忆合金TMD系统在轻型结构减振研究中具有一定的工程应用价值和前景。
文摘为了解决传统式调谐质量阻尼器(tuned mass damper, TMD)在控制低频桥梁结构中弹簧静伸长过长的问题,介绍了滑轮式TMD及其用于结构振动控制时的特点,指出滑轮式TMD可以有效减小弹簧静伸长量。以一座人行景观桥为例,研究了采用气动措施和滑轮式TMD对该桥的涡振控制效果。风洞试验结果显示,在最优气动措施下,主梁的涡振振幅减少了一半以上,但仍未达到行人舒适性要求。基于Scanlan线性涡激力模型进行滑轮式TMD的优化设计,在气动措施的基础上进一步辅以滑轮式TMD进行涡振控制。分析结果表明,气动措施结合滑轮式TMD进行涡振控制能够满足行人舒适性要求,并确保滑轮式TMD质量块的工作行程不超过限值。通过同时采用气动措施和滑轮式TMD,可以满足主梁涡振限值、TMD弹簧静伸长量和工作行程等多重要求,从而有效控制主梁的涡振现象。本文提出的混合控制方案为类似工程中的涡振控制提供了有益参考,可为工程实践提供指导。
文摘研究了板式电涡流阻尼单元(planar eddy current damper,PECD)的阻尼特性随平面振动方向的变化规律。首先,推导了PECD发生相对平移运动时电涡流阻尼力的理论计算公式,发现PECD相对平移运动产生的电涡流阻尼力并不一定与速度方向完全相反,其在平面直角坐标系上的2个分量可由一个2×2的平面阻尼系数矩阵与相对速度向量的乘积唯一确定。其次,分别选取4种典型永磁阵列的PECD,采用电磁有限元方法计算了它们的平面阻尼系数矩阵和阻尼力随速度方向的变化,验证了上述阻尼力理论计算公式的正确性,并提出了PECD的等效阻尼系数概念。然后,针对等效阻尼系数各向同性的PECD,在保证永磁体高度和投影面积不变的条件下,分析了其阻尼系数随永磁体数量和永磁体行、列间距的变化规律。最后,开展了阻尼系数各向同性PECD的阻尼系数测试试验,进一步验证了理论分析和有限元仿真的正确性。
文摘大型同步调相机配套管道异常振动问题,不仅会降低管道的使用寿命,还会影响调相机润滑油和冷却液的供应,严重时甚至会造成重大安全事故,危害电力系统的稳定性。以某特高压换流站的同步调相机润滑油供油管道为研究对象,使用现场测量、流固耦合和谐响应分析等多种方法,研究了管道振动的产生原因和机制。结果表明,由调相机本身产生的周期性激振力是管道振动的主要原因。进一步提出基于调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)的管道减振措施,试验和仿真数据表明,在润滑油供油管道系统4和5、6和7支吊架中间位置各安装一个TMD,减振效果最佳,可将该管系的振动加速度降低90%以上,具有良好的减振效果。
